JP3034584B2 - アブソリュート型エンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アブソリュート型エンコーダに関する。

［従来の技術］ スケールを円柱状とし、その円柱軸のまわりの回転態
位を絶対的に検出するアブソリュート型エンコーダが意
図されている。

このようなエンコーダによれば、例えば、軸受に軸支
された回転軸そのものをスケールとし、上記回転軸の回
転態位を絶対的に検出することにより、回転軸と連結さ
れたモーターの駆動を極めて精密に制御することが可能
になる。

［発明が解決しようとする課題］ アブソリュート型エンコーダでは、スケールに形成さ
れるパターンはコード化されたパターンであり、複数の
トラックに形成される。上記のような円柱状のスケール
を用いるアブソリュート型エンコーダにおいては、コー
ドパターンを構成する複数のトラックはスケールの母線
方向に配列されることになる。

このようなエンコーダも、なるべく小型でコンパクト
に構成したいという要請があるが、そのためにはコード
パターンのトラック配列間隔を詰める必要がある。

一方においてアブソリュート型エンコーダでは、コー
ドパターンに光照射する光源とコードパターンにより変
調された反射光を光電変換する光電変換素子との対は、
コードパターンにおけるトラック数と同数必要であり、
コードパターンのトラック間隔があまり小さくなると光
源・光電変換素子対相互の配列間隔も小さくなって、光
源・光電変換素子対の配列が困難になる。また、あるト
ラックによる反射光が隣接トラック用の光電変換素子に
入射して上記隣接トラックによる光電変換信号のS/N比
を低下させるという、隣接トラック間の情報干渉の問題
もある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、上記不具合を有効に解消しつつ小型・コンパクトに
実現できる新規なアブソリュート型エンコーダの提供を
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のアブソリュート型エンコーダは、円柱状のス
ケールの回転態位を検出するためのエンコーダであっ
て、円柱状のスケールと複数の光源と複数の光電変換素
子とを有する。

「円柱状のスケール」は、周面に、ピッチの異なる複
数トラックのコードパターンを形成され、円柱軸のまわ
りに回転する。円柱軸は、円柱周面の母線方向に平行な
回転対称軸である。

「光源」は、円柱状のスケールに形成されたコードパ
ターンにおけるトラック数と同数設けられる。各光源は
トラックの１本づつと1:1に対応する。

「光電変換素子」は、光源と同数で、各々が光源の各
々と対応して光源・光電変換素子対を構成する。任意の
光源が対応するトラックに光を照射するとこの光源とと
もに光源・光電変換素子対を構成する光電変換素子は上
記トラックにより変調された反射光の強弱を光電変換す
る。

「コードパターン」は、スケール周面の母線方向へ複
数トラックが配列するように形成される。コードパター
ンとしては、グレーコード、２進化10進符号等を利用で
きる。

トラック数に等しい数の「光源・光電変換素子対」群
は、スケールの周面に各トラックと対向するように、且
つ、全体としてスケールの円柱軸を螺旋の軸として螺旋
状に配列される。

上記光源の少なくとも一部は「点光源もしくは線状光
源」であり、これら点光源もしくは線状光源により、対
応するトラックの格子パターンに対応する拡大的影絵パ
ターンを発生させる。後述するように、線状光源が用い
られるとき、線状光源の長手方向はトラック方向に略平
行に設定される。

また、コードパターンは周知のフォトリソグラフィ法
等の方法で形成できるが、少なくともピッチの細かいも
のは「マグネティックリソグラフィ」による形成が適し
ている（請求項２）。

［作用］ 上述の如く、本発明のアブソリュート型エンコーダに
おいては、光源・光電変換素子対群が全体として、スケ
ールの円柱軸を螺旋の軸として螺旋状に配列されるの
で、相互に隣接するトラックに応じた光源・光電変換素
子対はスケール周面の同一母線上になく、従ってトラッ
ク間隔が小さくても光源・光電変換素子対の配列が容易
であり、隣接トラックの情報を受光しないように光電変
換素子を配設することができる。

なお、点光源により格子パターンを照射して拡大的影
絵パターンを発生させることに関しては特開昭63−4761
6号公報により、また線状光源により格子パターンを照
射して拡大的影絵パターンを発生させることに関しては
特開平１−297513号公報により既に良く知られているの
で、この点に就いての説明は必要最小限に留める。

本発明のエンコーダにおいてスケールに形成されるコ
ードパターンはスケール周面の反射率が変化するもので
ある。コードパターンの各トラックは、スケール周面の
母線に直交する方向に反射率が単周期的に変化して所謂
格子パターンをなしている。この格子パターンにおいて
反射率が単周期的に変化している方向を格子パターンに
おける格子配列方向と呼ぶ。

かかる格子パターンにおける反射率変化の周期即ち格
子ピッチξが、線状光源における格子配列方向に対応す
る発光部長さｄに対し、 （1/10）≦（d/ξ）≦２ （１） なる条件を満足すると拡大的影絵パターンを発生させる
ことができる。「拡大的影絵パターン」は、線状光源の
位置に理想的な点光源を配備して格子パターンを幾何光
学的な影絵として拡大したかのように発生し、線状光源
に対して格子パターンが格子配列方向へ変位すると拡大
的影絵パターンも影絵関係を保ったまま同方向へ移動す
る。従って格子パターンの移動量を拡大的影絵パターン
により影絵の拡大倍率に応じて拡大できる。

線状光源は、例えば半導体レーザーの発光部の長手方
向を格子パターンの格子配列方向に対応させることによ
り実現できる。またLED等からのインコヒーレントな光
でも、第３図（Ａ）に示すような長さｄのスリット長を
持つアパーチュアや、長さｄの単軸径もしくは長軸径を
持つ楕円形の開口を持つアパーチュア（Ｂ）、直径ｄの
円形の開口を持つアパーチュア（Ｃ）を介して取り出す
ことによって、拡大的影絵パターンを発生させるように
することができる。即ちこの場合、スリットや開口部の
長さｄが上記（１）の条件を満足するようにし、開口部
の長さｄの方向を格子パターンの格子配列方向（トラッ
ク方向）に対応させてアパーチュアを介して取り出した
光を格子パターンに照射すればよいのである。

上記点光源は半導体レーザーの発光部の短手方向を格
子パターンの格子配列方向に対応させることにより実現
でき、このような点光源からの光で格子パターンを照射
しても拡大的影絵パターンを発生させることができる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図に示す実施例は、軸受６に支持された回転軸５
をスケールとするアブソリュート型エンコーダである。

スケールとして用いられる軸５には、第２図の（Ａ）
に示すようにコードパターン３が形成されている。コー
ドパターンは複数のトラックにより構成され、個々のト
ラックは固有の格子ピッチを持った格子パターンが回転
軸５の周面の母線に直交する方向を格子配列方向として
回転軸５を囲撓するように形成した構成となっている。

第２図（Ａ）に示すように軸受６の側から回転軸５の
先端部側へむかって複数のトラックが配列され、各トラ
ックをなす格子パターンのピッチは回転軸先端部へ向か
うに連れて細かくなっている。

第１図において符号７は光源を示し、符号８は光電変
換素子を示している。

複数個の光源７は、コードパターン３の形成されたス
ケール周面部分に対向するように、且つスケールの円柱
軸を螺旋の軸として螺旋状に配設されている。個々の光
源がコードパターン３における個々のトラックと対応し
ていることは言うまでもない。

同様に複数個の光電変換素子８も、スケール周面部分
に対向するように、且つスケールの円柱軸を螺旋の軸と
して螺旋状に配設されている。

光源７の一つ一つには、光電変換素子８の一々が対応
し、光源とこれに対応する光電変換素子とは光源・光電
変換素子対を構成している。

従って光源・光電変換素子対の各々はトラックの各々
と対応する。

任意の光源から放射された光は、対応するトラックを
照射し、反射光は上記トラックをなす格子パターンの反
射率の変化により変調され、この変調された反射光の強
弱をこの光源と対をなす光電変換素子により光電変換す
ることによりトラックに応じたビット信号を得る。

光源には半導体レーザーやLED等を使用できる。光源
・光電変換素子対における光源と光電変換素子の配置
は、従来の光学的エンコーダの場合と同様でよく、個々
の対を螺旋状の配置する点に本発明の特徴がある。

またピッチの細かいトラックに対しては、点光源や線
状光源として半導体レーザーや、LEDと第３図のアパー
チュアとの組合せによる線状光源を用いて各トラックご
とに拡大的影絵パターンを発生させる。拡大的影絵パタ
ーンは、スケールの回転に伴い移動するので拡大的影絵
パターンの明暗の移動により、ピッチの細かいトラック
に対応する光電変換素子からも良好なビット信号を得る
ことができる。

説明中の実施例においては、コードパターン３は、マ
グネティックリソグラフィにより形成されている。

マグネティックリソグラフィによりコードパターンを
形成するために、回転軸５にはその周面にCoCrやFe₃O₄
による磁化膜を数1000Åの厚さに形成してある。

この磁化膜に磁気ヘッドによりコードパターンを書き
込んで、コードパターンと対応する磁化パターンを形成
する。

このように形成された磁化パターンに磁性コロイド流
体を塗布して磁化パターンを顕像化する。磁性コロイド
流体は、粒径が50乃至200Å程度の酸化鉄微粉末を界面
活性剤中に分散させたものであり、これを磁化パターン
に塗布すると酸化鉄微粉末が磁化パターンの磁区の境界
部に吸着されて磁化パターンを顕像化する。このように
磁性コロイド流体による顕像化は磁区の境界部に生じる
ので、第２図（Ｂ）に示すようにコードパターンの格子
ピッチの細かい部分はコードパターン自体を書き込む。
また格子ピッチが大きい部分では第２図（Ｃ）に示すよ
うに、コードパターンの１単位をなす部分をトラック配
列方向（回転軸方向）に平行な複数の平行線により、恰
もこの単位部分をハッチで塗りつぶすようにコードパタ
ーンの書き込みを行う。

磁化パターンが顕像化されたら界面活性剤を蒸発さ
せ、顕像化されているパターンの上に透明樹脂を層形成
してパターンを定着するか、あるいは顕像化されている
パターンの上に薄い金属反射膜を形成してパターンを定
着する。この場合、金属反射膜は、酸化鉄微粉末による
顕像化パターンの凹凸が膜の表面にそのまま現れる程度
の薄さに形成する。このようにして所望のスケールが得
られる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規なアブソリュート型エンコ
ーダを提供できる。

このエンコーダでは、上述の如く複数の光源・光電変
換素子対をスケールの回りに螺旋上に配設するので、ど
の光源・光電変換素子対も隣接トラックからの情報に干
渉されることなく対応トラックの格子パターンを情報化
でき、また隣接トラックの間隔を光源・光電変換素子対
より小さくできるので、小型でコンパクトなエンコーダ
を実現でき、ピッチの細かいトラックでは拡大的影絵パ
ターンを発生させて光電変換するので、スケールの極め
て微小な回転量を検出できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例を示す図、第２図は上記実施
例におけるスケール上のコードパターンを説明するため
の図、第３図は拡大的影絵パターンを発生させる光をイ
ンコヒーレント光光源から得るためのアパーチュアを説
明するための図である。 ３……コードパターン、５……スケールとしての軸受、
６……軸受、７……複数の光源、８……複数の光電変換
素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田３丁目18番１号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平１−297513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47616（ＪＰ，Ａ) 実開 昭47−31448（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−17289（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−61612（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−13648（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/249 G01D 5/36

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円柱状であって、周面に、ピッチの異なる
   複数トラックのコードパターンが形成され、円柱軸の周
   りに回転するスケールと、 上記コードパターンのトラック数と同数の光源と、 これら光源と同数で、各々が光源の各々と対応する光電
   変換素子とを有し、 上記コードパターンをなす複数トラックは、スケール周
   面の母線方向へ配列するように形成され、 各トラックに光照射する光源と、この光源により光照射
   されたトラック部分からの反射光の強弱を光電変換する
   光電変換素子との対の個々が、トラックの個々と1:1に
   対向するように、且つ、光源・光電変換素子対群が全体
   としてスケールの円柱軸を螺旋の軸として螺旋状に配列
   されており、 前記複数の光源の少なくとも一部は、トラック方向に略
   平行な線状光源もしくは点光源であって、対応するトラ
   ックの格子パターンにより拡大的影絵パターンを発生さ
   せるものであることを特徴とするアブソリュート型エン
   コーダ。
2. 【請求項２】請求項１記載のアブソリュート型エンコー
   ダにおいて、 コードパターンのうち、少なくともピッチの細かいもの
   がマグネティックリソグラフィにより形成されているこ
   とを特徴とするアブソリュート型エンコーダ。